(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層列を備えた半導体ボディ（２）を有する発光素子（１）を製造するための方法において、
ａ）前記発光素子（１）の主放射軸に対して垂直に延びる方向において近接場（１０１，２０１）のフィールド経過を設定するステップ、但し、前記近接場は輝度分布（３００）を有し、該輝度分布（３００）には輝度経過曲線の下方に広がる最大面積（３０１）を有する矩形が対応付けられており、該最大面積（３０１）を有する矩形は前記近接場の前記輝度経過曲線の下の総面積の少なくとも６０％を占める、
ｂ）設定された前記近接場から、前記方向に沿って前記発光素子（１）に関する屈折率プロフィール（１１１，２１１，５１１）を計算するステップ、
ｃ）前記発光素子（１）が少なくとも部分的に事前に決定された前記屈折率プロフィール（１１１，２１１，５１１）を有する、前記発光素子（１）に関する構造を求めるステップ、
ｄ）事前に決定された前記構造に従い前記発光素子（１）を構成するステップであって、ビームを形成するために設けられている活性領域（２１）を有し、且つ、少なくとも部分的に化合物半導体材料を含有する半導体層を有する前記半導体層列を備えた前記半導体ボディ（２）を析出し、前記屈折率プロフィール（１１１，２１１，５１１）を、前記半導体ボディ（２）の前記半導体層列の析出方向に沿った、化合物半導体材料の組成の変更によって調整するステップ
を有することを特徴とする、発光素子（１）を製造するための方法。
【請求項２】
前記近接場（１０１，２０１）の所定のフィールド経過に関して以下の比例関係が成り立つ：
ＥN（Ｚ）〜ｅｘｐ［−（ｚ／ｄ）α］
但し、αは２より大きい偶数であり、ｄは前記近接場（１０１，２０１）の所定のフィールド経過の幅に関する尺度であり、前記主放射軸はｚ軸の０点を通過して延在している、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記近接場のフィールド経過を、前記発光素子（１）の主放射軸に対して垂直に延びる別の方向に沿って設定し、
前記ステップｂ）において、前記主放射軸に対して垂直に、且つ、前記屈折率プロフィール（１１１，２１１）に対して垂直に別の屈折率プロフィール（５１１）を求め、
前記ステップｃ）において、前記発光素子（１）が事前に決定された前記別の屈折率プロフィール（５１１）を有する、前記発光素子（１）に関する構造を求める、請求項１または２項記載の方法。
【請求項４】
発光素子において、
ビームを形成するために設けられている活性領域（２１）を有し、該活性領域（２１）は主放射軸を有し、且つ該主放射軸に対して垂直に屈折率プロフィール（１１１，２１１）を有し、
前記発光素子は半導体層列を備えた半導体ボディ（２）を有し、前記半導体層列はフィールド成形層（２２）を有し、該フィールド成形層（２２）は前記活性領域の両側に配置されており、
前記屈折率プロフィールは前記半導体ボディの半導体層列の主延在方向に対して垂直に延びており、
前記屈折率プロフィールは前記フィールド成形層（２２）によって形成されており、
前記屈折率プロフィール（１１１，２１１，５１１）は部分的に、偶数の指数を有する多項式からの平方根に従い成形されており、
前記多項式は式
Ａ＋Ｂ＊ｚβ−Ｃ＊ｚγ
を有し、但し、Ａ，ＢおよびＣは正の係数であり、βおよびγは偶数の正の数であり、γ＞βであり、
前記屈折率プロフィール（１１１，２１１）は前記主放射軸から出発して該主放射軸の少なくとも一方の側において、該主放射軸からの間隔が大きくなるに連れ最大値（２４）に向かって上昇し、
前記屈折率は前記主放射軸からの間隔が大きくなるに連れ、前記最大値（２４）から前記主放射軸の領域における屈折率よりも低い値へと低下し、前記屈折率プロフィール（１１１，２１１，５１１）は前記最大値（２４）から出発して前記主放射軸に向かう方向においては、前記主放射軸から離れる方向よりも緩慢に低下することを特徴とする、発光素子。
【請求項５】
前記発光素子はエッジ発光型の半導体レーザ素子として実施されており、電子および正孔は前記活性領域においてビームを放射しながら再結合する、請求項４に記載の発光素子。
【請求項６】
前記屈折率プロフィールは、前記主放射軸の両側において、主放射軸からの間隔が大きくなるに連れ最大値に向かって上昇する、請求項４または５記載の発光素子。
【請求項７】
前記屈折率プロフィールは、前記主放射軸から出発して、連続的に最大値に向かって上昇する、請求項４から６までのいずれか１項記載の発光素子。
【請求項８】
前記近接場は輝度分布（３００）を有し、該輝度分布（３００）には輝度経過曲線の下方に広がる最大面積（３０１）を有する矩形が対応付けられており、該最大面積（３０１）を有する矩形は前記近接場の前記輝度経過曲線の下の総面積の少なくとも５０％を占める、請求項４から７までのいずれか１項記載の発光素子。
【請求項９】
前記近接場は輝度分布（３００）を有し、該輝度分布（３００）には輝度経過曲線の下方に広がる最大面積（３０１）を有する矩形が対応付けられており、該最大面積（３０１）を有する矩形は前記近接場の前記輝度経過曲線の下の総面積の少なくとも６０％を占める、請求項４から７までのいずれか１項記載の発光素子。
【請求項１０】
別の屈折率プロフィール（５１１）が、前記半導体ボディ（２）の半導体層列の主延在面に沿って延びる横断方向において、孔（４）を用いて形成されている、請求項４から９までのいずれか１項記載の発光素子。
【請求項１１】
ビームを形成するために設けられている別の活性領域（２７）を有し、
前記活性領域（２１）において形成されたビームおよび前記別の活性領域（２７）において形成されたビームは共通の横光学モードを有する、請求項４から１０までのいずれか１項記載の発光素子。
【請求項１２】
前記別の活性領域（２７）は前記屈折率プロフィール（１１１，２１１）に関して、前記主放射軸と該屈折率プロフィール（１１１，２１１）の最大値（２４）の位置との間に配置されている、請求項１１記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子の製造方法ならびに発光素子に関する。
【０００２】
エッジ発光型の半導体レーザにおいては、出力結合ファセット側から放射されるビームが殊にこのファセットを損傷させる可能性がある。半導体レーザを破損させるその種の損傷は「（ミラーの）光学損傷（ＣＯＤ；Catastrophic Optical Damage）」とも称される。ファセットの領域における最大輝度が高くなればなるほど、その種の損傷の危険が高まる。
【０００３】
本発明の課題は、高出力においてもミラーの損傷の危険が低減されている固体レーザを製造する方法を提供することである。さらに、その種のレーザが提供されるべきである。
【０００４】
この課題は、独立請求項に記載されている方法ないし発光素子によって解決される。有利な実施形態および発展形態は従属請求項に記載されている。
【０００５】
１つの実施形態によれば、発光素子を製造する方法において、近接場のフィールド経過が素子の主放射軸に対して垂直に延びる方向に設定される。近接場のフィールド経過から、この方向に沿って屈折率プロフィールが求められる。殊にこの屈折率プロフィールが計算される。素子に関して構造が求められ、その結果、素子は事前に決定された屈折率プロフィールを有する。素子は事前に決定された構造に従い形成される。
【０００６】
すなわち、素子の屈折率プロフィールは所期のように近接場の所定のフィールド経過に適合されて形成される。換言すれば、所定の近接場から屈折率プロフィールが以下のように計算される。すなわち、この屈折率プロフィールを有するように形成された構成素子が近接場の所定のフィールド経過を有するか、素子がこの所定のフィールド経過に近似する少なくとも１つの実際のフィールド経過を有するように計算される。殊に、高い均一性を有する近接場のフィールド経過を達成することができる。光学的な総出力が同じである場合には、フィールド経過の均一性が高くなればなるほど、共振器境界面において生じる局所的な最大光学フィールド密度を一層低くすることができる。つまり、破壊的なミラー損傷に起因する素子の破損の危険を低減することができる。
【０００７】
近接場とは、発光素子においてビームを生成するために設けられている活性領域と相互作用する、および／または、主として放射方向において、形成されるビームの真空波長の領域、殊に真空波長以下の領域にある活性領域からの間隔を空けて放射されるビームのフィールド分布と解される。素子の共振器境界面、例えば半導体レーザのファセットにおけるフィールド分布も考慮することができる。
【０００８】
有利な実施形態においては、屈折率プロフィールが近接場からの以下の比例関係を用いて決定される：
ｎ〜［（ｎeff2ｋ2ＥN（ｚ）−ＥＮ’’（ｚ））／（ｋ2ＥN（ｚ））］1/2
ここで、ｚ軸は素子の主放射軸に対して垂直に延在している。主放射軸はｚ軸の０点を通過して延在している。ＥN（ｚ）は近接場の電磁場であり、ＥN’’（ｚ）はその２次導関数であり、ｋは電磁ビームの波長ベクトルであり、ｎeffは実効屈折率である。
【０００９】
別の有利な実施形態においては、近接場の所定のフィールド分布に関して以下の比例関係が成り立つ：
ＥN（Ｚ）〜ｅｘｐ［−（ｚ／ｄ）α］
ここで、αは２より大きい偶数であり、ｄは近接場の所定のフィールド分布の幅に関する尺度である。この関数はトップハット（TopHat）関数とも称される。α＝２が与えられることになるガウス関数に比べて、トップハット関数はより急峻な側縁を特徴とし、この側縁は指数αが大きくなればなるほど急峻な勾配を有するようになる。さらにトップハット関数は、ｚ＝０付近の比較的大きい指数αを有するｚ＜ｄの領域においては一層強く生じるプラトー状の経過を有する。
【００１０】
有利な実施形態においては、発光素子が半導体層列を備えた半導体ボディを有し、この半導体層列はさらに有利にはビームを形成するために設けられている活性領域を有する。半導体層列を備えた半導体ボディは有利にはエピタキシャルに、例えばＭＢＥまたはＭＯＶＰＥにより析出される。
【００１１】
有利な実施形態においては、活性領域の少なくとも一方の側に配置されているフィールド成形層を素子が有する。殊に、屈折率プロフィールをフィールド成形層によって形成することができる。
【００１２】
さらに有利には、屈折率プロフィールは少なくとも部分的に、半導体層列を備えた半導体ボディ内に延在する。
【００１３】
別の有利な実施形態においては、屈折率プロフィールが適切な材料組成により垂直方向に沿って、すなわち半導体ボディの半導体層列についての析出方向に沿って形成される。
【００１４】
有利には、半導体層列の半導体層は少なくとも部分的に、三元、四元または五元の化合物半導体を含有する。この種の化合物半導体において、材料の屈折率を材料組成により簡単に調整することができる。すなわち異なる屈折率を有する半導体層を析出することによって、事前に求められた屈折率を有する半導体ボディを形成することができる。半導体層内の屈折率は必ずしも一定である必要はない。例えば、半導体層の屈折率は勾配を有していてもよく、また段階的に増大または低減してもよい。
【００１５】
択一的に、屈折率プロフィールは横断方向に沿った、すなわち半導体ボディの半導体層の主延在面に延びる方向に沿った素子、殊に半導体ボディの構造化により形成することができる。このようにして、近接場を横断方向において成形することができる。屈折率プロフィールは有利には主放射軸に対して垂直に延在する。
【００１６】
構造化を例えば孔によって形成することができる。これらの孔を半導体ボディ内に延在させることができる。
【００１７】
別の有利な実施形態においては、近接場のフィールド経過が素子の主放射軸に対して垂直に延びる別の方向に沿って設定される。すなわち、近接場を相互に斜めであるか相互に垂直である軸に沿って設定することができる。この別の方向に沿った近接場の所定のフィールド経過に基づき、主放射軸に対して垂直に、また屈折率プロフィールに対して斜めまたは垂直に別の屈折率プロフィールを求めることができる。この場合、屈折率プロフィールは第１の軸に対して平行に延在し、別の屈折率プロフィールは第２の軸に対して平行に延在する。続いて、素子が事前に決定された別の屈折率プロフィールを有するように素子の構造を求めることができる。
【００１８】
別の屈折率プロフィールも同様に、屈折率プロフィールと関連させて説明した式に従い、所定の近接場から計算することができる。
【００１９】
求められた別の屈折率プロフィールを殊に半導体ボディの構造化により、横断方向において、また主放射軸に対して垂直に延びる方向において変更することができる。
【００２０】
有利な実施形態においては、屈折率プロフィールが半導体ボディの半導体層列についての析出方向に沿った適切な材料組成により形成され、また別の屈折率プロフィールが素子内、殊に半導体ボディ内の孔により形成される。殊に、孔をフィールド成形層内に延在させることができる。つまり、近接場をフィールド成形層により垂直方向に沿って、また孔によって横断方向に沿って成形することができる。
【００２１】
孔を半導体層列を有する半導体ボディの材料の除去により、例えば機械的および／または化学的に、例えば湿式エッチングまたは乾式エッチングにより形成することができる。
【００２２】
孔を続けて少なくとも部分的に、この孔が形成されている材料よりも高い屈折率または低い屈折率を有する材料によって充填することができる。
【００２３】
充填を例えばエピタキシャル成長によって行うことができる。エピタキシャル充填材料の材料組成を介して、屈折率を広範な限界において変更することができる。
【００２４】
択一的または付加的に、孔を蒸着またはスパッタリングによって充填することもできる。この場合、エピタキシャル成長の付加的なプロセスを省略することができる。例えば、充填材料は誘電性の材料、例えば酸化物、窒化物または酸窒化物を含有することができる。
【００２５】
実施形態によれば、ビームを形成するために設けられている活性領域を備えた発光素子は主放射軸を有し、またこの主放射軸に対して垂直に屈折率プロフィールを有する。屈折率プロフィールは、この屈折率プロフィールに基づいて素子の動作時に形成されるビームの近接場のフィールド分布がガウス形状のフィールド分布よりも高い均一性を有するように実施されている。
【００２６】
比較的高い均一性は屈折率プロフィールの所期のような形成によって、結果として生じる近接場が所定の均一な近接場に相当するか、少なくとも近似するようにして達成される。これによって、殊に主放射軸に対して垂直に延び、例えばミラー面および／またはビーム通過面として使用することができる共振器境界面におけるビーム密度を殊に均一に形成することができる。換言すれば、共振器境界面に生じるビーム総出力をより良好に共振器境界面にわたり分散させることができる。すなわち、生じる最大の局所的なビーム出力密度を同一のビーム総出力において低減させることができる。その結果、殊に最大ビーム出力密度の箇所において生じる可能性がある、ビームに起因する共振器境界面の損傷の危険を低減することができる。
【００２７】
殊に、生じる最大ビーム出力密度を、ビームが入射する面積を拡大する必要なく低減することができる。面積の拡大に起因する高い閾値電流および高い直列抵抗を、殊に拡大された導波体を備えたレーザとは異なり、低減することができる。拡大された導波体を備えたその種のレーザはＬＯＣ（large optical cavity）レーザまたはＳＬＯＣ（superlarge optical cavity）レーザとも称される。比較的高次の横光学モードが不所望に頻繁に発生することも、このレーザに比べて簡単に回避することができ、また少なくとも低減することができる。単一モードの動作も簡単になる。
【００２８】
有利な実施形態においては、屈折率プロフィールが主放射軸から出発して主放射軸の少なくとも一方の側、有利には両側において、主放射軸からの間隔が大きくなるに連れ少なくとも局所的な最大値に向かって上昇する。近接場のフィールド成形を殊に効果的に行うことができる。最大値は局所的または包括的な最大値である。
【００２９】
別の実施形態によれば、ビームを生成するために設けられている活性領域を備えた発光素子は主放射軸を有し、また主放射軸に対して垂直に屈折率プロフィールを有する。屈折率プロフィールは主放射軸から出発して少なくとも主放射軸の一方の側において、主放射軸からの間隔が大きくなるに連れ最大値に向かって上昇する。
【００３０】
この種の素子においては、放射されるビームは近接場において殊に均一なフィールド分布を有することができる。
【００３１】
別の実施形態の有利な構成においては、屈折率プロフィールは、この屈折率プロフィールに基づいて素子の動作時に形成されるビームの近接場のフィールド分布がガウス形状のフィールド分布よりも高い均一性を有するように実施されている。ビーム通過面における光学的な最大出力密度を低減することができる。
【００３２】
均一な近接場とは、特定の領域において可能な限り一定の輝度分布を有しており、さらには所定の閾値を下回らない近接場であると解される。ビーム通下面にわたるビーム総出力の分布が均一になればなるほど、光学的な最大ビーム密度を同一の任意のビーム総出力において、また同一の任意の通下面の大きさにおいて一層低減することができる。
【００３３】
近接場の均一性に関する尺度として、殊に近接場の輝度経過の曲線の下に広がる最大面積を有する矩形の面積を使用することができる。この場合、近接場は主放射軸との間隔ｚの関数としての発光素子から放射されるビームの輝度である。ガウス状のフィールド分布を有する近接場の場合、最大矩形面積は４８．４％である。
【００３４】
近接場が殊に放射通過面の位置においてガウス状のフィールド分布よりも高い均一性を有する発光素子は殊に高出力、有利には１００ｍＷ以上に殊に適している。
【００３５】
有利な実施形態においては、近接場の輝度経過の曲線の下に広がる最大面積を有する矩形は、近接場の輝度経過の曲線の下の総面積の少なくとも５０％、殊に有利には少なくとも６０％、最も有利には少なくとも６５％を占める。面積が大きくなればなるほど、局所的に発生する最大出力密度を同一の光学的な総出力において一層小さくすることができる。輝度経過は屈折率プロフィールに平行に延びる方向に沿った近接場の経過である。
【００３６】
別の有利な実施形態において、屈折率は主放射軸からの間隔が大きくなるに連れ、最大値から主放射軸の領域における屈折率よりも小さい値へと低下する。
【００３７】
有利な実施形態においては、屈折率プロフィールは主放射軸について対称的、または少なくとも十分に対称的に形成されている。所定の経過に応じた近接場の成形を簡単に達成することができる。
【００３８】
有利な実施形態においては、屈折率プロフィールが最大値から出発して主放射軸に向かう方向においては、主放射軸から離れる方向よりも緩慢に低下する。
【００３９】
さらに有利には、屈折率プロフィールは少なくとも部分的に、偶数の指数（但し、０も偶数と見なされる）を有する多項式からの平方根に従い成形されている。殊に多項式は式
Ａ＋Ｂ＊ｚβ−Ｃ＊ｚγ
を有し、ここでＡ，ＢおよびＣは正の係数であり、βおよびγは偶数の正の数である（但し、γ＞β）。その種の多項式の経過は値Ａから出発して間隔ｚが大きくなるに連れ先ず連続的に最大値へと上昇し、続いて比較的大きく下降する。
【００４０】
指数αのトップハット関数に従い成形された近接場経過に関して、上記の多項式からの平方根は屈折率プロフィールに関する解析的な解を表すので、以下の関係が得られる。
ｎ（ｚ）＝（Ａ＋Ｂ＊ｚα-2−Ｃ＊ｚ2α-2）1/2
【００４１】
例えば、α＝４のトップハット関数により多項式の指数β＝２およびγ＝６が得られ、他方ではα＝８のトップハット関数により指数β＝６およびγ＝１４が得られる。
【００４２】
係数Ａは実効屈折率の平方、すなわちｎeff2から求めることができる。係数ＢおよびＣを式
Ｂ＝（α2−α）／［ｋeff2ｄ2］  および 
Ｃ＝α2／［ｋeff2ｄ2］
により決定することができる。実効波数ｋeffは伝播するビームの真空波長λと式ｋeff＝２πｎeff／λにより関連付けられている。
【００４３】
殊に、屈折率プロフィールは有利には、光学的なモードのフィールドが横断方向において顕著な重畳部を有している範囲において前述の経過と一致する。光学的なモードの末端部がさらに延在している領域においては屈折率をそれとは異なるように形成することもできる。
【００４４】
本明細書の範囲において、屈折率プロフィールとは、電磁ビームフィールドの成形に関して重要なスケールでの屈折率の基本経過であると解される。殊に半導体レーザにおいては、接している層とは異なる屈折率を有する薄い層はフィールド成形に実質的に影響を及ぼさず、したがって屈折率プロフィールに関して考慮する必要はない。この意味における薄い層は、キャリアの量子化効果を生じさせることができるほどに薄い半導体レーザの活性領域の量子層である。その種の量子層の厚さは大抵の場合２０ｎｍを下回る。
【００４５】
したがって、１つまたは複数の量子層を備えた活性領域が一定の材料組成を有する導波体内に埋め込まれている半導体レーザは、量子層の屈折率が導波体の境界を成す材料の屈折率とは異なる場合でも導波体内に一定の屈折率プロフィールを有する半導体レーザと見なされる。
【００４６】
導波体の領域において一定の屈折率プロフィールを有するその種の半導体レーザは、ｓｉｎ2（ｚ）またはｃｏｓ2（ｚ）に比例する経過を有する合成近接場を有する。間に導波体が延在している被覆層へと延びる近接場の末端部と共に、ガウス状のフィールド分布に十分相当する経過が生じる。さらに、指数的に減少する近接場が活性領域の相互に間隔を空ける量子井戸によっても生じる可能性がある。その種の半導体レーザでは近接場の均一性が比較的低いことに基づき破壊的なミラー損傷の危険が高まっている。
【００４７】
有利な実施形態においては、屈折率プロフィールがフィールド成形層によって形成されており、これらのフィールド成形層は活性領域の少なくとも一方の側、有利には活性領域の両側に配置されている。さらに有利には、屈折率プロフィールの最大値はフィールド成形層内に形成されている。
【００４８】
有利な実施形態においては、活性領域が被覆層間に配置されている。被覆層は有利には、主放射軸の領域における屈折率よりも低い屈折率を有する。
【００４９】
さらに有利には、フィールド成形層が被覆層の間に配置されている。フィールド成形層の屈折率は好適には少なくとも部分的に被覆層の屈折率よりも高い。つまり、活性領域において形成されたビームの横断方向の拡張を被覆層間の領域に少なくとも十分に限定することができる。
【００５０】
有利な実施形態においては、素子が半導体層列を備えた半導体ボディを有する。活性領域は有利には半導体ボディ内に形成されている。さらに、フィールド成形層も少なくとも部分的に半導体ボディ内に形成することができる。さらに被覆層を半導体ボディ内に集積することができるか、完全に、または部分的に半導体ボディ外に配置することができる。
【００５１】
有利には、屈折率プロフィールを完全に、または少なくとも部分的に半導体ボディ内に形成することができる。近接場のフィールド成形を少なくとも十分に半導体ボディ内で行うことができる。
【００５２】
実施形態の１つのヴァリエーションにおいては、屈折率プロフィールが半導体ボディの半導体層の主放射方向に対して垂直に延在している。すなわち、屈折率プロフィールは半導体ボディの半導体層の析出方向に沿って延びている。
【００５３】
別の有利な実施形態においては、フィールド成形層がそれぞれ１つの化合物半導体材料を含有している。さらに有利には、屈折率プロフィールが化合物半導体材料の組成の変更により調整されている。すなわち、屈折率と材料組成の関係に基づき、求められた屈折率プロフィールから、そのために必要とされるプロフィールを材料組成に関して決定することができる。この材料成分の相対的な変更は主放射軸付近の領域と最大値付近の領域との間において、有利には１％〜４０％、殊に有利には５％〜１５％である。
【００５４】
別の有利な実施形態においては、屈折率プロフィールの最大値がフィールド成形層の内の１つにおいて形成されている。近接場のフィールド成形が簡単になる。
【００５５】
実施形態の１つの別のヴァリエーションにおいては、屈折率プロフィールが半導体ボディの半導体層の主延在面内に延在している。つまり、動作時に形成されるビームの近接場を横断方向において所期のように成形することができる。
【００５６】
横断方向に延びるその種の屈折率プロフィールを例えば孔によって形成することができる。これらの孔を半導体ボディ内に延在させることができる。
【００５７】
有利な実施形態においては、発光素子が主放射軸に対して垂直に、また屈折率プロフィールに対して垂直に別の屈折率プロフィールを有する。この別の屈折率プロフィールにより、第２の空間方向に沿った、殊に半導体ボディ内の近接場のフィールド分布の所期の成形を達成することができる。共振器境界面、例えばビーム通過面にわたるビーム総出力の面状の均一な分布が簡単になる。これによって光学的なミラー損傷の危険が十分に低減される。
【００５８】
別の屈折率プロフィールは、屈折率プロフィールと関連させて挙げた特徴の内の少なくとも１つを有する。
【００５９】
別の有利な実施形態においては、屈折率プロフィールが半導体ボディの半導体層の主延在方向に対して垂直に延び、また別の屈折率プロフィールは孔によって形成されている。
【００６０】
孔は有利には半導体ボディ内、殊に成形層内に延在している。さらに孔を活性領域の主延在面に平行に延びる半導体ボディの表面からこの半導体ボディへと延在させることができる。
【００６１】
孔によって、主放射軸に平行に発振するビームに関して、この方向に沿った平均屈折率を調整することができる。
【００６２】
有利な実施形態においては、孔が少なくとも部分的に充填材料によって充填されている。充填材料は孔が形成されている材料、例えば孔に接している半導体材料よりも低い屈折率を有することができる。半導体材料の屈折率と比較すると、平均屈折率を孔によって所期のように変更することができ、殊に、局所的に低下させることができる。
【００６３】
択一的に、充填材料は孔が形成されている材料、例えば孔に接している半導体材料よりも高い屈折率を有することができる。半導体材料の屈折率と比較すると、平均屈折率を孔によって所期のように変更することができ、殊に、局所的に増加させることができる。
【００６４】
孔を活性領域の一方の側にのみ、または活性領域の両側に形成することができる。有利には、活性領域に孔は設けられていない。活性領域内での効果的なビーム形成をより良好に達成することができる。
【００６５】
別の有利な実施形態においては、素子がビームの形成のために設けられている別の活性領域を有する。つまり素子から放射されるビーム総出力を高めることができる。
【００６６】
活性領域と別の活性領域との間にトンネル領域を形成することができる。このトンネル領域を用いて、活性領域および別の活性領域を相互に電気的に直列に接続することができる。トンネル領域は有利には２つの半導体層によって形成されており、これらの半導体層はそれぞれ相互に反対の符号で高ドープに実施することができる。有利には、ドープ濃度はそれぞれ少なくとも１０18ｃｍ-3、殊に有利には少なくとも１０19ｃｍ-3である。
【００６７】
活性領域において形成されたビームと別の活性領域において形成されたビームは１つの共通の横光学モードを有することができる。すなわちこのビーム成分をコヒーレントに結合することができる。
【００６８】
実施形態のヴァリエーションにおいては、別の活性領域が屈折率プロフィールに関して主放射軸と屈折率プロフィールの最大値の位置との間に配置されている。つまり共通の横モードの成形が簡単になる。
【００６９】
実施形態の択一的なヴァリエーションにおいては、屈折率プロフィールの最大値の位置が活性領域と別の活性領域との間に配置されている。活性領域と別の活性領域との間に別の被覆層を配置することができる。別の被覆層の厚さによって光学的な結合の強度を調整することができる。トンネル領域を別の被覆層内に形成することができる。活性領域において形成されたビームのトンネル領域内での吸収を十分に低減することができる。
【００７０】
この場合、有利には別の活性領域に別の主放射軸が対応付けられており、主放射軸とは反対側の面における屈折率プロフィールは別の主放射軸から出発して、この別の主放射軸からの間隔が大きくなるに連れ別の最大値に向かって上昇する。
【００７１】
別の主放射軸に関係する屈折率プロフィールの経過は、主放射軸に関係する屈折率プロフィールの経過と関連させて説明した特徴の内の少なくとも１つを有する。
【００７２】
さらに、別の活性領域には別のフィールド成形層を対応付けることができる。活性領域に対応付けられているフィールド成形層と、別の活性領域に対応付けられている別のフィールド成形層とを同様に構成することができる。これとは異なり、フィールド成形層および別のフィールド成形層を相互に異なるように構成することができ、殊に活性領域ないし別の活性領域に適合させることができる。ここで、活性領域および別の活性領域は異なる波長のビームを放射するために設けることもできる。
【００７３】
活性領域および／またはフィールド成形層は有利には化合物半導体材料、殊に有利にはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料、殊に材料の組み合わせ（ＡｌＩｎＧａ）（ＡｓＰＮＳｂ）、すなわち周期表の第３族に由来する前述の元素の内の少なくとも１つと、周期表の第５族に由来する前述の元素の内の少なくとも１つとの組み合わせを含有する。材料を殊にＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＡｓ，ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＰ，ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮおよびＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＳｂ（但し、それぞれ０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１且つｘ＋ｙ≦１）からなるグループから選択することができる。これらの材料により、紫外線から可視光にわたり赤外線にまで及ぶスペクトル領域のビームを所期のように形成することができる。
【００７４】
近接場を均一化し、それによって共振器表面の光学的な損傷の危険を低減するための屈折率プロフィールの前述の構成は基本的に全てのコヒーレントなエミッタに適用することができる。
【００７５】
有利には発光素子がエッジ発光型の半導体レーザ素子として実施されている。エッジ発光型の半導体レーザ素子においては、主放射軸が半導体ボディの半導体層の主延在面に平行に延びる。
【００７６】
面発光型の半導体レーザ素子、例えばＶＣＳＥＬ（vertical cavity surface emitting laser）、ＶＥＣＳＥＬ（vertical external cavity surface emitting laser）またはディスクレーザ（disk laser）として発光素子を実施することも考えられる。面発光型の半導体レーザ素子においては、素子の主放射方向が半導体ボディの半導体層の主延在面に垂直に延びる。
【００７７】
上述の方法は発光素子の製造に殊に適している。したがって発光素子と関連させて説明した特徴は方法に対しても利用することができ、またその逆も当てはまる。
【００７８】
さらなる特徴、有利な実施形態および有効性は図面と関連させた以下の実施例の説明より明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１Ａ】発光素子を製造するための方法についての第１の実施例の中間ステップに関する所定の近接場のフィールド分布Ｅ（ｚ）を示す。
【図１Ｂ】発光素子を製造するための方法についての第１の実施例の中間ステップに関する屈折率プロフィールｎ（ｚ）を示す。
【図１Ｃ】発光素子を製造するための方法についての第１の実施例の中間ステップに関する材料組成のプロフィールを示す。
【図１Ｄ】発光素子を製造するための方法についての第１の実施例の中間ステップに関する発光素子の概略的な断面図を示す。
【図２Ａ】発光素子を製造するための方法についての第１の実施例の中間ステップに関する所定の近接場のフィールド分布Ｅ（ｚ）を示す。
【図２Ｂ】発光素子を製造するための方法についての第１の実施例の中間ステップに関する屈折率プロフィールｎ（ｚ）を示す。
【図２Ｃ】発光素子を製造するための方法についての第１の実施例の中間ステップに関する材料組成のプロフィールを示す。
【図２Ｄ】発光素子を製造するための方法についての第１の実施例の中間ステップに関する発光素子の概略的な断面図を示す。
【図２Ｅ】発光素子を製造するための方法についての第１の実施例の中間ステップに関する屈折率および材料組成の所属の経過を表の形態で表したものである。
【図３Ａ】主放射方向との間隔ｚの関数としての第２の実施例によるオプトエレクトロニクス素子に関する近接場の輝度分布Ｉを示す。
【図３Ｂ】主放射方向との間隔ｚの関数としてのガウス状の分布による近接場の輝度分布Ｉを示す。
【図４Ａ】図４Ｂに示す発光素子に関する屈折率プロフィールの定性的な経過を示す。
【図４Ｂ】第３の実施例による発光素子の断面図を示す。
【図５Ａ】発光素子の第４の実施例の概略的な平面図および所属の定性的な屈折率プロフィールを示す。
【図５Ｂ】発光素子の第５の実施例の概略的な平面図および所属の定性的な屈折率プロフィールを示す。
【００８０】
同一、同種の素子また同様に作用する素子には図面において同一の参照番号が付されている。
【００８１】
これらの図面はそれぞれ概略的に示されたものに過ぎず、したがって必ずしも縮尺通りに示されたものではない。むしろ、比較的小さい構成素子、また殊に層厚は分かりやすくするために誇張して大きく示されている。
【００８２】
図１Ａは、発光素子の主放射軸からの間隔ｚの関数としての、発光素子に設定された所定の近接場のフィールド分布Ｅの経過を示す。すなわち、ｚ軸は発光素子が動作時にビームを放射する方向に対して垂直に延びている。近接場はこの実施例においてα＝４のトップハット関数の経過を有する。
【００８３】
すなわち、ガウス状の分布に比べて、この所定のフィールド分布は均一性がより高い点において優れている。
【００８４】
所定の近接場経過から、この所定の近接場経過を生じさせる屈折率プロフィールを計算することができる。
【００８５】
図１に示されている、α＝４のトップハット関数に関して、屈折率プロフィールｎ（ｚ）を解析的に決定することができ、パラメータＡ，ＢおよびＣは上記の値を有している次式が得られる：
ｎ（ｚ）＝（Ａ＋Ｂ＊ｚ2−Ｃ＊ｚ6）1/2
相応の経過は図１Ｂに示されている。
【００８６】
主放射軸から出発して屈折率プロフィールは差し当たり連続的に増大し、主放射軸の両側においてそれぞれ最大値２４へと上昇する。続いて、屈折率プロフィールは比較的大きく減少し、主放射軸の領域における屈折率プロフィールに関する値を下回る値を取る。
【００８７】
そのようにして求められた屈折率経過を材料組成の経過に換算することができる。この換算は素子に関してその都度予定されている材料に依存する。
【００８８】
図１Ｃにおいては、ＡｌxＧａ1-xＡｓを基礎とする半導体層列に関するアルミニウム含有量ｘの経過が例示的に示されている。すなわち、図１Ｃに応じて形成されたアルミニウム含有量に関するプロフィールを用いて、図１Ｂに示した屈折率プロフィールを変更することができる。ＡｌxＧａ1-xＡｓでは、アルミニウム含有量ｘの増加と共に屈折率は低下する。相応に、アルミニウム含有量は屈折率に関する最大値の個所において最小値を有する。
【００８９】
材料組成の相対的な変化は主放射軸付近の領域と最大値付近の領域との間において、有利には１％〜４０％、殊に有利には５％〜１５％である。つまり、発光素子の電気的な特性は材料組成の変更では取るに足らない程度の影響しか受けない。
【００９０】
素子に関してそのようにして求められた構造に基づき素子を形成することができる。
【００９１】
図１Ａに示されている近接場のフィールド経過のように、近接場は実際のところ、主放射軸付近で−２μｍ〜＋２μｍの範囲において０とは異なる値を有する。換言すれば、この領域外のフィールド強度は無視することができる。したがって製造すべき発光素子においては、この領域においてのみ屈折率プロフィール、したがってそこから算出される材料組成の経過を変更すれば十分である。比較的大きいｚの値に関して、近接場の輝度は算出される屈折率プロフィールの可能な限り正確に再現できない程低い。
【００９２】
図１Ｄには、この種の発光素子１の概略的な断面図が示されている。発光素子は半導体層列を備えた半導体ボディ２を有する。半導体層列は半導体ボディを形成し、また有利にはエピタキシャルに例えばＭＯＶＰＥまたはＭＢＥにより製造されている。半導体ボディ２の半導体層列は支持体２９上に配置されている。支持体２９として、半導体ボディの半導体層列が析出された成長基板が考えられる。これとは異なり、支持体は成長基板とは異なるものでもよい。この場合、支持体は成長基板に課される高い要求、殊に結晶純度に関する要求を満たしている必要はなく、むしろ支持体を他の特性に関して、例えば熱伝性または導電性および／または機械的な安定性に関して選択することができる。
【００９３】
半導体ボディは活性領域２１を有し、この活性領域２１は半導体ボディの動作時に有利にはコヒーレントなビームを形成するために設けられている。活性領域の両側にはそれぞれ１つのコンタクト層３１ないし別のコンタクト層３２が配置されている。これらのコンタクト層は有利には半導体ボディ２の外部との電気的な接触接続のために使用される。コンタクト層は有利には金属性であり、例えばＡｕ，Ｔｉ，Ｐｔ，ＡｌまたはＡｇを含有することができる。発光素子の動作時にキャリアを２つの異なる側からコンタクト層３１および３２を介して活性領域に注入することができ、キャリアはこの活性領域においてビームを放射しながら再結合する。
【００９４】
活性領域２１の両側にはそれぞれ１つのフィールド成形層２２が配置されている。フィールド成形層２２の活性領域側とは反対側には被覆層２６がそれぞれ配置されている。被覆層は有利には、フィールド成形層２２の屈折率よりも低い屈折率をそれぞれ有している。
【００９５】
被覆層は例えば約１０００ｎｍの厚さを有することができ、またそれぞれＡｌxＧａ1-xＡｓ（但し、有利にはｘ≧０．４０、殊に有利にはｘ≧０．５５）を含有することができる。さらにアルミニウム含有量の値はｘ≧０．７５であってもよい。被覆層２６のアルミニウム含有量は有利には、主放射軸の領域におけるフィールド成形層２２のアルミニウム含有量よりも高い。
【００９６】
半導体ボディ内で励起されるビームの大部分を垂直方向において、すなわち半導体層の主延在面に対して垂直な方向において被覆層２６間の領域に限定することができる。
【００９７】
図示されている実施例とは異なり、被覆層を完全にまたは少なくとも部分的に半導体ボディの外側に配置することもできる。例えば、被覆層を半導体ボディ２上に析出されている誘電層によって形成することができる。
【００９８】
さらに半導体ボディ２は、横断方向において、すなわち半導体ボディ２の半導体層の主延在方向に沿う方向において半導体ボディ２を境界付ける側面２０を有する。半導体ボディ２の側面２０の内の少なくとも１つは発光素子１の動作時に形成されるコヒーレントなビームを出力結合するために設けられており、したがってビーム通過面として使用される。この場合、発光素子１はエッジ発光型の半導体レーザ素子として実施されている。
【００９９】
側面２０を例えば化学的に、例えば湿式エッチングまたは乾式エッチングによって、または機械的に割るか折ることによって作製することができる。
【０１００】
活性領域２１に関しては基本的に、電磁ビームを形成することができる全ての半導体材料が適している。
【０１０１】
有利には、発光素子１、殊に活性領域２１および／またはフィールド成形層２２がＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料、殊に材料の組み合わせ（ＡｌＩｎＧａ）（ＡｓＰＮＳｂ）から成るＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料を含有する。化合物半導体材料は、周期表の第３族に由来する前述の元素の内の少なくとも１つと、周期表の第５族に由来する前述の元素の内の少なくとも１つを含有する。
【０１０２】
ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料は、紫外線スペクトル領域(ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ)から、可視スペクトル領域(ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ、殊に青色から緑色の放射に対して、またはＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＰ、殊に黄色から赤色の放射に対して)にわたり赤外線スペクトル領域(ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＡｓ，ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＳｂ)までのスペクトル領域におけるビームの形成に殊に適している。ここではそれぞれ、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１およびｘ＋ｙ≦１、殊にｘ≠１，ｙ≠１，ｘ≠０および／またはｙ≠０が適用される。殊に上記の材料系からのＩＩＩ−Ｖ−半導体材料により、ビーム形成の際に有利には高い内部量子効率を達成することができる。
【０１０３】
活性領域２１は有利には量子構造を含む。量子構造は１つの量子層または２つ以上の量子層を有することができる。
【０１０４】
本願明細書の範囲において量子構造の概念には、キャリアの閉じ込め（「confinement」）によってそのエネルギ状態が量子化されるあらゆる構造を含む。殊に量子構造の概念には量子の次元に関する規定は含まれない。したがって量子構造には、例えば、量子箱、量子細線、量子点およびこれらの構造のあらゆる組み合わせが含まれる。
【０１０５】
近赤外線、例えば１μｍの放射波長での放射に関して、例えば、１０ｎｍの厚さを有し、Ｉｎ0,14Ｇａ0,86Ａｓを基礎とする量子層を備えた活性領域が適している。殊に、層厚および／またはインジウム含有量の変更によって、活性領域において形成されるビームのピーク波長を調整することができる。
【０１０６】
好適には、活性領域の一方の側においてこの活性領域２１に接している半導体層はｎ型にドープされており、活性領域の他方の側においてこの活性領域２１に接している半導体層はｐ型にドープされている。例えば、活性領域２１と支持体２９との間に配置されている半導体層をｎ型にドープし、活性領域の支持体２９側とは反対側に配置されている半導体層をｐ型にドープすることができる。キャリア、すなわち電子と正孔を簡単に活性領域２１の両側から注入し、活性領域２１においてビームを放射しながら再結合させることができる。
【０１０７】
支持体２９は好適には導電性である。半導体材料、例えばＧａＡｓ，Ｇｅ，ＳｉまたはＧａＰを基礎とする支持体では、支持体が好適には、この支持体２９と活性領域２１との間に配置されている半導体層２２，２６と同じ導電型にドープされている。
【０１０８】
これとは異なり、支持体が導電性に構成されていなくてもよい。この場合、別のコンタクト層３２が好適には支持体２９の活性領域２１と対向する側に配置されている。
【０１０９】
主放射軸は必ずしも活性領域を通って延びている必要はない。活性領域２１を屈折率プロフィールの経過に非対称的に、すなわち位置ｚ≠０に配置することができる。
【０１１０】
対称的な配置により、主放射軸の領域において光学的なビーム出力の最大値が生じることを特徴とする奇数次の光学モードと活性領域との比較的大きい重畳部が生じる。この重畳部が大きくなればなるほど、いわゆる閉じ込め係数（confinementfactor）が大きくなる。
【０１１１】
対称的な配置構成によって、偶数モードの抑制が簡単になる。つまり、１次の横モードのみが励起される単一モードの動作を簡単に達成することができる。つまり、上述したように非常に均一な経過を示す１次のモードの近接場とあまり均一でないモードの重畳を回避することができるか、少なくとも低減することができる。
【０１１２】
活性領域２１の非対称的な配置構成においても光学的な基本モードでの動作を達成することができる。
【０１１３】
高次モードの抑制を被覆層２６および／またはフィールド成形層２２の外部領域の高ドーピングによって十分に支援することができる。何故ならば、低次のモードに比べて高次のモードは主放射軸からかなり離れた領域とのより大きい重畳部を有するからである。そのようにして生じた損失はこの不所望な高次のモードの励起に関して比較的高い閾値を生じさせる。
【０１１４】
この実施例において説明した方法によって、屈折率プロフィール１１１は半導体ボディ２の半導体層列の材料組成が析出方向に沿って、すなわち半導体ボディ２の半導体層の主延在方向に対して垂直に適切に変更されることによって達成される。そのようにして調整された屈折率プロフィール１１１により近接場は所期のように成形される。つまり、側面２０の領域において高い均一性を有する近接場を生じさせることができる。つまり、活性領域において形成されるビームの総出力が同一である場合、側面に生じる光学的な出力密度を低減することができる。したがって、素子を破壊しかねない側面の損傷の危険は低減される。
【０１１５】
フィールド成形層２２に関しては、化合物半導体材料の組成の変更により屈折率を調整することができる化合物半導体材料が殊に適している。
【０１１６】
このようにして、放射されるビームが近接場においてガウス状の近接場を有する素子よりも高い均一性を有する発光素子を製造することができる。
【０１１７】
主放射軸との間隔の関数である近接場の輝度経過曲線の下に広がる最大面積を有する矩形は、近接場の輝度経過曲線の下の総面積の有利には少なくとも５０％、殊に有利には少なくとも６０％、最も有利には少なくとも６５％を占める。
【０１１８】
この種の発光素子は高出力、例えば１００ｍＷ以上、有利には１Ｗ以上のレーザとして殊に適している。
【０１１９】
発光素子１を製造するための方法に関する別の実施例を図２Ａ〜図２Ｅに基づき説明する。この第２の実施例は実質的に図１Ａ〜図１Ｄと関連させて説明した第１の実施例に対応する。第１の実施例とは異なり、近接場２０１の所定のフィールド分布はα＝８のトップハット関数によって与えられている。図１Ａに示した経過に比べて、フィールド分布はより均一化されている。ｚ＝０付近のプラトー状の経過特性はより大きく生じている。側縁ではフィールド分布がさらに急速に低下している。
【０１２０】
図２Ａに示されている近接場２０１のフィールド経過に関して、ここでもまた、近接場のこの所定の経過を達成することができる屈折率プロフィール２１１を求めることができる。解析的な解は次式によって得られる：
ｎ（ｚ）＝（Ａ＋Ｂ＊ｚ6−Ｃ＊ｚ14）1/2
但し、係数Ａ，ＢおよびＣは上記の値を取る。
【０１２１】
屈折率プロフィール２１１はここでもまた、屈折率が主放射軸から出発して両側に向かってそれぞれ最大値２４へと上昇する経過を示す。最大値から比較的大きいｚ値に向かって屈折率は図１Ｂに示したプロフィールよりもさらに大きく減少する。
【０１２２】
図１Ｂおよび図１Ｃと関連させて説明したように、屈折率プロフィールから所望の材料系においてこの屈折プロフィールのために必要とされる材料組成を求めることができる。材料系ＡｌxＧａ1-xＡｓに関して得られたアルミニウム含有量ｘが図２Ｃに示されている。屈折率プロフィールの最大値にはここでもまた、アルミニウム含有量の最小値にそれぞれ対応する。
【０１２３】
図２Ｄに示されている発光素子１の構造は、図１Ｄと関連させて説明した発光素子の構造に実質的に対応する。この素子は殊に、半導体層列の析出方向に沿ったアルミニウム含有量、殊にフィールド成形層２２の領域におけるアルミニウム含有量の屈折率プロフィールおよび所属のプロフィールによって区別される。
【０１２４】
フィールド成形層２２の縁部領域においてより大きく生じる最大値を有する上記の屈折率プロフィールにより、より良好な均一性を特徴とする近接場を素子１の動作時に達成することができる。側面２０において生じる光学的な最大出力密度は、ビームの総出力が同一である場合に十分に低減させることができる。つまり、破壊的なミラー損傷の危険は一層低減される。
【０１２５】
フィールド成形層２２に関する屈折率ｎおよびアルミニウム含有量ｘの経過が図２Ｅに表の形態で示されている。主放射軸の位置、すなわちｚ＝０の位置に活性領域２１が配置されている。Ｉｎ0.14Ｇａ0.86Ａｓを基礎とし、１０ｎｍの厚さを有する量子層は約３．６０の屈折率を有する。しかしながら、薄い層厚に基づき、この量子層は近接場のフィールド分布にとって決定的な屈折率経過に影響を及ぼさない、もしくは無視できる程度の影響しか及ぼさない。したがってこの表において活性領域２１の量子層は考慮されていない。
【０１２６】
ｚ＝０から出発して、屈折率は両方向においてそれぞれ最大値へと上昇し、この最大値にはｚ＝±１．７５において到達し、また約３．３８である。これは、主放射軸付近の中央領域における２２％のＡｌ含有量がｚ＝±１．７５において１９％に低減されることによって行われる。続けて、屈折率はｚ＝±２．３μｍで３．０５の値に低下し、これはｘ＝７５％のアルミニウム含有量に相当する。量子層に続く被覆層は有利には、最大でフィールド成形層の縁部における屈折率と同程度の屈折率、この実施例ではすなわち最大で３．０５の屈折率を有する。したがってアルミニウム含有量は有利には少なくとも７５％であり、１００％までの値を取ることができる。
【０１２７】
図２Ａ〜図２Ｅと関連させて説明した素子の主放射軸までの間隔ｚ（任意の単位）の関数としての近接場の輝度経過が図３Ａに示されている。輝度経過３００は約±１５の領域においてプラトー状の経過を示しており、この経過において輝度は実質的に変化しない。破線３０１は、輝度経過３００の下方に広がる最大面積を有する矩形の外縁を形成する。矩形は輝度曲線１００の下方に形成される面積の６８．８％を覆う。
【０１２８】
比較のために、図３Ｂにはガウス状の輝度分布３１０に関する相応の経過が示されている。この場合、最大面積３１１の矩形の面積は輝度曲線３１０によって形成される面積の約４８．４％である。したがって、図３Ａに示された近接場の輝度プロフィールはガウス状の輝度分布よりも著しく高い均一性を有する。
【０１２９】
図４Ｂには、発光素子の第３の実施例の概略的な断面図が示されている。所属の屈折率プロフィール４１１は図４Ａに示されている。
【０１３０】
この第３の実施例は実質的に図１Ｄと関連させて説明した第１の実施例に対応する。図１Ｄに示した実施例とは異なり、この発光素子は活性領域２１の他に別の活性領域２７を有する。活性領域および別の活性領域は上下に配置されている。別の活性領域によって素子から放射される光学的なビームの総出力を高めることができる。
【０１３１】
活性領域２１と別の活性領域２７との間にトンネル領域２８が形成されている。トンネル領域２８は別の活性領域２７および活性領域２１を電気的に直列に接続するために設けられている。有利には、トンネル領域はトンネル層２８１，２８２を有し、これら２つの層は殊に有利には高ドープされている。有利には、ドープ濃度はそれぞれ少なくとも１０18ｃｍ-3、殊に有利には少なくとも１０19ｃｍ-3である。
【０１３２】
トンネル層２８１，２８２はさらに有利には相互に異なる導電型を有する。つまり、一方のトンネル層はｎ型にドープされており、他方のトンネル層はｐ型にドープされている。
【０１３３】
さらに、活性領域２１と別の活性領域２７との間に別の被覆層２６０が形成されている。この別の被覆層２６０を実質的に被覆層２６と同様に実施することができる。被覆層の厚さを介して活性領域２１と別の活性領域２７との間隔を調整することができる。
【０１３４】
トンネル領域２８は有利には別の被覆層２６０に埋め込まれている。この場合、トンネル領域２８のトンネル層はドーパントを除き、別の被覆層２６０と同一の材料組成を有することができる。被覆層の領域においては屈折率が低いことに基づき近接場の輝度は比較的低い。動作時に形成されるビームのトンネル領域２８の高ドープされた層による吸収を十分に低減することができる。
【０１３５】
別の活性領域２７は別のフィールド成形層２３間に配置されている。活性領域２１と別の活性領域２７はこの実施例において同様に実施されている。
【０１３６】
さらに、フィールド成形層２２と別のフィールド成形層２３が同様に実施されている。すなわち別の活性領域によって、主放射軸に平行に別の主放射軸が延びている。別の主放射軸から屈折率は両方向において別の最大値２５に向かってそれぞれ上昇し、間隔が大きくなると急激に低下する。屈折率プロフィールはフィールド成形層２２ないし別のフィールド成形層２３の領域において、図１Ｂと関連させて説明した屈折率と同様にそれぞれ実施されている。これとは異なり、屈折率プロフィールがこの領域の一方または両方において別の経過、殊に図２Ｂに示した経過を有していてもよい。
【０１３７】
別の被覆層２６０によって活性領域２１および別の活性領域２７は相互に隔てられている。すなわち、活性領域２１および別の活性領域２７は相互に十分に独立してコヒーレントなビームを形成することができる。活性領域２１において形成されたビームと別の活性領域２７において形成されたビームの結合度は別の被覆層の厚さを介して調整される。別の被覆層の厚さが薄くなればなるほど、これら２つの活性領域のコヒーレントな結合は強まる。つまり、被覆層が比較的薄い場合には、活性領域２１と別の活性領域２７をコヒーレントに結合することができる。すなわち、活性領域において形成されたビームと別の活性領域において形成されるビームは１つの共通の横光学モードを有する。
【０１３８】
図示されている実施例とは異なり、活性領域および別の活性領域を屈折率プロフィールの２つの隣接する最大値の間に配置することができる。この場合、活性領域と別の活性領域との間の別の被覆層を省略することもできる。
【０１３９】
図５Ａおよび図５Ｂには、発光素子の第４の実施例および第５の実施例がそれぞれ概略的な平面図で示されている。さらに、これら２つの実施例に関して定性的な所属の屈折率プロフィールの経過が示されている。すなわち、これらの屈折率プロフィールは前述の実施例とは異なり横断方向に延びている。
【０１４０】
付加的に、半導体ボディは垂直方向においても、上記のように垂直方向において表された近接場を均一化することができる屈折率プロフィールを有することができる。半導体層列を備えた半導体ボディ２の垂直構造を例えば、それぞれ所属の屈折率プロフィールを有する図１Ｄ，２Ｄまたは４Ｂと関連させて説明した実施例と同様に実施することができる。
【０１４１】
半導体ボディ２は孔４を有し、この孔４は側面２０に対して垂直に延びる表面の側から半導体ボディの内部へと延在している。この場合、半導体ボディの表面は活性領域に平行に延びている。孔はこの表面から活性領域２１の方向に向かって延在している。有利には、孔は活性領域を通過せずに延在している。つまり、活性領域におけるビームの効果的な形成が簡単になる。これらの孔を活性領域の一方の側から、または両側から活性領域の方向へと延在させることができる。
【０１４２】
孔４は有利には、横断方向において、すなわち主放射軸に対して垂直に、また半導体ボディの半導体層列の析出方向に対して垂直に屈折率プロフィールが生じるように構成および配置されており、この屈折率プロフィールによって横断方向に設定される近接場が生じる。
【０１４３】
図１Ｄ，２Ｄまたは４Ｂと関連させて説明した実施例と同様に実施することができる、横断方向における屈折率プロフィールと関連して、近接場を相互に垂直な２つの軸に関して所定の経過に応じて成形することができる。殊に、これら２つの方向に沿って高い均一性を有する近接場を形成することができる。側面２０を通過するビームを殊に均一に分散させることができる。これにより側面において生じる光学的な最大出力密度を低減させることができる。つまり、破壊的なミラー損傷の危険はさらに低減される。
【０１４４】
半導体ボディ２内には例えば同様の孔４が形成されており、主放射軸に平行な平均実効屈折率は素子の製造時に孔の厚さによって調整することができる。
【０１４５】
図５Ａに示されている実施例によれば、孔が充填材料４０によって充填されており、この充填材料４０は孔の周囲の材料よりも高い屈折率を有する。孔の密度が高くなればなるほど、主放射軸から所定の間隔を空けた、この主放射軸に平行な平均屈折率は一層高くなる。このようにして、横断方向においては例えば別の屈折率プロフィール５１１を調整することができ、この別の屈折率プロフィール５１１では主放射軸から出発して最大値２４０へと上昇し、続けて降下する。別の屈折率プロフィールを定性的な経過に関して、図１Ｂおよび２Ｂと関連させて説明した屈折率経過と同様に実施することができる。
【０１４６】
孔の充填を例えば、この孔のエピタキシャル成長によって行うことができる。例えば、孔をＡｌxＧａ1-xＡｓ半導体層では、Ａｌ含有量が比較的少なく、したがって比較的高い屈折率を有するＡｌxＧａ1-xＡｓ材料でもって充填することができる。
【０１４７】
孔に関して種々の幾何学的な形状が好適である。例えば、孔は円形、楕円および多角形、殊に矩形の基本形状を有することができる。殊に主放射軸に平行に延在することができる溝状の孔も使用することができる。
【０１４８】
横断方向においては、半導体ボディの両側に縁部層６が配置されている。好適には、縁部層の屈折率は半導体ボディの屈折率よりも小さい。縁部層６は有利には誘電性材料、殊に充填材料６と関連させて説明した誘電性材料の内の１つを含有する。択一的に、縁部層を省略することもできる。
【０１４９】
別の屈折率プロフィールを使用することによって、相互に垂直に延びる２つの軸に沿った近接場のフィールド分布が所定の殊に均一な経過に対応するか、少なくとも近似するように発光素子を実施することができる。生じるビーム総出力が高い場合であっても、破壊的なミラー損傷の危険を十分に低減させることができる。
【０１５０】
図５Ｂに概略的に示されている第５の実施例は実質的に図５Ａと関連させて説明した第４の実施例に対応する。殊に、孔４は第４の実施例と同様に、主放射軸に平行な平均屈折率を変更するために設けられている。しかしながら第４の実施例とは異なり、孔は充填されていないか、接している半導体材料よりも低い屈折率を有する充填材料によって少なくとも部分的に充填されている。平均屈折率を所期のように低減させることができる。この場合、孔の密度が高くなればなるほど、この平均屈折率は一層低くなる。すなわち、主放射軸付近の孔によって平均屈折率を所期のように低減することができるので、図５Ａと関連させて説明したように、ここでもまた屈折率プロフィールに関する最大値２４０が生じる。
【０１５１】
殊に、半導体ボディ２の材料よりも低い屈折率を有する充填材料を蒸着またはスパッタリングによって被着させることができる。例えば、充填材料として誘電性材料、殊に酸化物、例えば酸化ケイ素、酸化チタン、窒化物、例えば窒化ケイ素、または酸窒化物、例えば酸窒化ケイ素が適している。この場合、充填材料を同時に半導体ボディのためのパッシベーション層として使用することができる。
【０１５２】
択一的に、比較的低い屈折率を有する半導体材料もエピタキシャル成長により充填材料として析出することができる。
【０１５３】
本願は、ドイツ連邦共和国特許出願第10 2007 057 773.9号および同第10 2007 061 458.8号の優先権を主張するものであり、その開示内容は参照により本願に取り入れられる。
【０１５４】
本発明は実施例に基づいたこれまでの説明によって限定されるものではない。むしろ本発明は、あらゆる新規の特徴ならびにそれらの特徴のあらゆる組み合わせを含むものであり、これには殊に特許請求の範囲に記載した特徴の組み合わせ各々が含まれ、このことはそのような組み合わせ自体が特許請求の範囲あるいは実施例に明示的には記載されていないにしても当てはまる。
【図１Ａ】
0005455919.tif 000002
【図１Ｂ】
0005455919.tif 000003
【図１Ｃ】
0005455919.tif 000004
【図１Ｄ】
0005455919.tif 000005
【図２Ａ】
0005455919.tif 000006
【図２Ｂ】
0005455919.tif 000007
【図２Ｃ】
0005455919.tif 000008
【図２Ｄ】
0005455919.tif 000009
【図２Ｅ】
0005455919.tif 000010
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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